[发明专利]一种涡轮增压式新型气体静压节流器结构参数优化设计方法

说明书

本发明涉及一种涡轮增压式气体静压节流器结构参数优化设计方法，该气体静压节流器外形可呈圆柱型或长方型，所述气体静压节流器主要包括节流器壳体、支撑体、电机、整流板、涡轮风扇以及节流板；本发明以所述涡轮增压式节流器的整流板、涡轮风扇和节流板为目标对象，依据通过所述整流板和节流板的压强大小及分布、所述涡轮风扇的流量和效率，优化设计涡轮增压式气体静压节流器重要结构参数(整流板孔和节流板孔数量、尺寸及分布，涡轮风扇扇叶数量、轮毂比、安装角及扇叶宽度)，可大大提高涡轮增压式节流器的承载性能，利用本发明方法可为带有涡轮增压功能的气体静压节流器结构参数设计与优化提供一种新途径。

技术领域：

本发明涉及精密、超精密机构领域，尤其涉及用于中等以上负载设备中气体静压支撑用的一种涡轮增压式气体静压节流器结构参数优化设计方法。

背景技术：

气体静压润滑技术具有转速适用性高、运行寿命长、精度高、磨损低、污染小等诸多优点，在制造业得到了广泛的应用，尤其在精密、超精密加工及超精密机构领域，具有良好的应用前景。但气体静压系统具有承载力小的缺点，已经成为其发展的阻力。

当下，对于气体静压轴承领域研究的重点和热点之一就是如何提高气体静压系统的承载能力。传统的气体静压节流器采用被动的方式，气源压力的问题会使节流孔出口具有过高流速，形成的射流在出口处产生湍流和微漩涡，从而难以提高气体静压节流器系统的承载力。涡轮增压式气体静压节流器可有效提高系统的承载能力，但由于涡轮增压式节流器结构参数复杂，对其承载性能至关重要。因此，本发明提出一种涡轮增压式气体静压节流器结构参数优化设计方法，旨在设计出涡轮增压式气体静压节流器最佳结构参数，从而高效提升气体静压节流器的承载力。

发明内容：

本发明针对涡轮增压式气体静压节流器结构参数优化设计复杂的问题，提供了一种涡轮增压式气体静压节流器结构参数优化设计方法。本发明采用的技术方案是：

该节流器外形可呈圆柱型或长方型，本发明以圆柱型节流器为例对技术方案进行讲解。所述节流器结构设计主要包括支撑体、圆柱型节流器壳体、涡轮风扇、电机、整流板以及节流板。所述节流器圆柱型壳体下底面开有凹槽，上表面开设有圆形凹槽、平键槽以及通孔，所述圆柱型壳体上表面平键槽与所述支撑体上的平键进行装配；所述支撑体的上表面也开设有圆形凹槽和球形槽；所述支撑体上表面圆形凹槽和球形槽是节流器工作时放置顶针来减缓节流器的振动。所述圆柱型节流器壳体上表面圆形凹槽与电机的凸台装配，所述电机的转子穿过所述圆柱型壳体上表面圆形凹槽的通孔；所述圆柱型壳体下底面凹槽设置有所述涡轮风扇，所述涡轮风扇上的平键槽与所述电机的转子装配。所述电机和所述涡轮风扇之间设有一整流板，所述整流板上应设计有均压孔，所述均压孔与气体先接触面孔的直径大于与气体后接触面孔的直径，这样设计的目的是为了让气体在大直径孔(即均压大孔)有缓冲，在经小直径孔(即均压小孔)均匀射入所述涡轮风扇所在的下底面凹槽；所述整流板与所述圆柱型节流器壳体之间形成气室，所述圆柱型节流器壳体开设有进气孔和出气孔，所述进气孔和出气孔的气流流经所述的气室，所述圆柱型节流器壳体的下底面开口处应设计有节流板，所述节流板上应设计开有节流小孔。

当优化设计带有涡轮增压式气体静压节流器的结构参数时：

优选地，所述涡轮增压式节流器结构设计应主要包括支撑体、节流器壳体、涡轮风扇、电机、整流板以及节流板。

优选地，所述涡轮风扇的流量随着扇叶数量的减小先增大后趋于稳定、效率也随着扇叶数量的减小先增大后趋于稳定，所述涡轮风扇结构的扇叶数量设计应尽量少，但扇叶数量不少于3个，且所述涡轮风扇扇叶数量设计时为奇数。

优选地，所述涡轮风扇的流量随着轮毂比的减小而增大，所述涡轮风扇的效率随着轮毂比的增大而增大，但效率变化不大，所述涡轮风扇的轮毂比设计越小越好。

优选地，所述涡轮风扇的流量随着扇叶安装角度的增大而增大，但所述涡轮风扇的效率随着扇叶安装角度的增大先增大后减小，所述涡轮风扇扇叶安装角度最佳设计应为45°左右。